简单的词法设计——DFA模拟程序

实验一、简单的词法设计——DFA模拟程序

一、实验目的

通过实验教学，加深学生对所学的关于编译的理论知识的理解，增强学生对所学知识的综合应用能力，并通过实践达到对所学的知识进行验证。通过对 DFA 模拟程序实验，使学生掌握词法分析的实现技术，及具体实现方法。通过本实验加深对词法分析程序的功能及实现方法的理解 。

二、实验环境

供 Windows 系统的 PC 机，可用 C++/C#/Java 等编程工具编写，语言不限。

三、实验内容

1、自己定义一个 DFA 或者一个右线性正规文法

示例如(仅供参考) G[S]：S→aU|bV U→bV|aQ

V→aU|bQ Q→aQ|bQ|e

2、利用合适数据结构存储自动机，如

3、利用有穷确定自动机M=(K,Σ,f, S,Z）行为模拟程序算法，来对于任意给定的串，若属于该语言时，该过程经有限次计算后就会停止并回答“是”，若不属于，要么能停止并回答“不是”

K:=S；

c:=getchar;

while c<>eof do 

{K:=f(K,c);   

  c:=getchar;       };

if K is in Z then return (‘yes’)

                  else return (‘no’)

四、实验方式与要求

1、设计的自动机程序要具有通用性，上机编程实现；

2、实验报告格式要求书写要点：概要设计（总体设计思想）；详细设计（程序主流程、自动机的存储格式、关键函数的流程图）；结果分析（输入与输出结果、存在问题及有待改进善的地方、实验心得）；

3、实验报告限4页内。

设计思路：我们主要是用 Java 语言实现词法分析的过程，需要处理 DFA 和 NFA 两种状态，所以在文末我们给出了测试样例以及测试截图，部分代码给出了详细的注释。

实验代码如下：

package python;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;
/**
 * @author Angel_Kitty
 * @createTime 2018年11月21日 上午2:23:33
 */
/**状态转换式构造类*/
class edge {
	char PriorityState;
	char ch;
	char NextState;
	edge(char p,char c, char n){
		PriorityState = p;
		ch = c;
		NextState = n;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "edge [PriorityState=" + PriorityState + ", ch=" + ch + ", NextState=" + NextState + "]";
	}
}
/**DFA的构造*/
public class DFA {
	static List<edge> listEdge = new ArrayList<edge>();//状态集
	//static HashMap<edge, Character> mapEdge = new HashMap<>();
	static String S;//初态集
	static String Z;//终态集
	//flag is here
	static boolean judeZ(char ch){
		int j=0;
		for(; j<Z.length(); j++){
			if(Z.charAt(j)==ch) return true;
		}
		return false;
	}
	static void input() {
		Scanner in = new Scanner(System.in);
		String instr = null;
		String subStr[] = null;
		System.out.println("请输入开始符：");
		S = in.next();
		System.out.println("请输入终态集(终集符组成的一个字符串)：");
		Z = in.next();
		System.out.println("请输入正规文法以end结尾(形式如下图)：");
		System.out.println("----------");
		System.out.println("|  S-aU  |");
		System.out.println("|  S-bV  |");
		System.out.println("|  U-bV  |");
		System.out.println("|  ....  |");
		System.out.println("|  end   |");
		System.out.println("----------");
		while(in.hasNext()){
			instr = in.next();
			if("end".equals(instr)) break;
			subStr = instr.split("-|\\|");
			String s = subStr[0];//读取一行f(转换函数)
			for(int i=1; i<subStr.length; i++){
				edge e = null;
				if(subStr[i].length()==2){
					char c = subStr[i].charAt(0);//有穷符号表
					char n = subStr[i].charAt(1);//状态集
					listEdge.add(new edge(s.charAt(0),c,n));//f(S,a)=U
				}
				
				if(subStr[i].length()==1){
					char c = subStr[i].charAt(0);
					listEdge.add(new edge(s.charAt(0),c,Z.charAt(0)));
				}
			}
		}
	}
	
	static char judeNextState(char s,char ch){
		for(int i=0; i<listEdge.size(); i++){
			if(s==listEdge.get(i).PriorityState && ch==listEdge.get(i).ch){
				return listEdge.get(i).NextState;
			}
		}
		return '0';
	}
	
	static void judeDFA(){
		Scanner in = new Scanner(System.in);
		System.out.println("请输入要判断的字符串:");
		while(in.hasNext()){
			String str = in.next();
			if(str.equals("#")){
				System.out.println("程序已退出，欢迎下次使用!");
				return;
			}
			char temp = S.charAt(0);
			int i=0;
			//System.out.println(temp+" "+mapEdge.get(e));
			for(; i<str.length(); i++){
				//System.out.println("temp="+temp);
				if(str.charAt(i)=='a'){
					temp = judeNextState(temp, 'a');
				}
				else if(str.charAt(i)=='b'){
					temp = judeNextState(temp, 'b');
				}
				else break;
			}
			//flag is here
			if(i>=str.length() && judeZ(temp)) System.out.println("此字符串“属于”该文法！");
			else System.out.println("此字符串“不属于”该文法！");
			System.out.println("再次判断请输入字符串(退出程序输入#):");
		}
		
	}
	
	/*main*/
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		DFA.input();
		DFA.judeDFA();
	}
}

/*test example*/
/*
 *
//start symbol
S
//end symbol 
Q
//Regular Grammar1
S-aU
S-bV
U-bV
U-aQ
V-aU
V-bQ
Q-aQ
Q-bQ
end
//judge string
->test sample1: baab
->test sample2: abab
//start symbol
S
//end symbol 
Q,V
//Regular Grammer2
S-aU
S-bV
U-bV
U-aQ
Q-aQ
Q-bQ
end
//judge string
-> test sample1: ab
-> test sample2: abb
if you input '#',The program will exit. 
 * 
 * */

测试结果如下：